بهبود عملکرد کاتالیست‌ها با استفاده از الکترون‌های داغ

کاتالیست‌ها ترکیباتی هستند در حوزه‌های مختلف از تصفیه و پالایش نفت گرفته تا صنعت مواد غذایی می‌توانند برای کنترل واکنش‌های شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند. هر چیزی که بتواند کارایی کاتالیست‌ها را بهبود دهد می‌تواند روی این حوزه‌ها نیز اثرگذار باشد. اخیرا محققان دریافته‌اند که می‌توان با افزایش الکترون‌های داغ موجود در سطح فلزی که واکنش روی آن اتفاق می‌افتد کارایی کاتالیست را بهبود داد.

کاتالیست‌ها ترکیباتی هستند در حوزه‌های مختلف از تصفیه
و پالایش نفت گرفته تا صنعت مواد غذایی می‌توانند برای کنترل واکنش‌های
شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند. هر چیزی که بتواند کارایی کاتالیست‌ها را
بهبود دهد می‌تواند روی این حوزه‌ها نیز اثرگذار باشد. اخیرا محققان
دریافته‌اند که می‌توان با افزایش الکترون‌های داغ موجود در سطح فلزی که
واکنش روی آن اتفاق می‌افتد کارایی کاتالیست را بهبود داد.

پژوهشگران
دانشگاه رایس با همکاری همتایان خود در دانشگاه هوستون و دانشگاه پرینستون
مقاله‌ای در این باره در نشریه
Nano Letters به چاپ
رساندند. این گروه تحقیقاتی در این روش جدید از لیزر نور مرئی استفاده
کردند آنها سطح نانوذرات طلا را در دمای اتاق با استفاده از این لیزر مورد
تابش قرار دادند. پرتو لیزر موجب برانگیخته شده پلاسمون سطح فلز شده و این
برانگیختگی در نهایت موجب تشکیل الکترون‌ها داغ می‌شود. به‌دلیل انرژی
بالا، این الکترون‌ها مسیر طولانی را طی کرده و اگر اتم یا مولکولی در مسیر
راه‌ آنها باشد می‌توانند انرژی خود را به آنها منتقل کنند.

filereader.php?p1=main_0b6ddaae7ab3b5d11

در این پژوهش محققان مولکول‌های H2 را روی سطح نانوذرات طلا نشست
دادند. طلا فلزی است که به وفور در کاتالیست‌های ناهمگن مورد استفاده قرار
می‌گیرد این ماده می‌تواند مولکول‌های مختلف را به‌عنوان واکنش دهنده روی
سطح خود نگه دارد. نتایج این پروژه نشان داد که مولکول‌های H2 می‌توانند
الکترون‌های داغ را دریافت کرده و به‌صورت دو اتم هیدروژن در آیند. به این
فرآیند جداشدن تحریک شده با پلاسمون گفته می‌شود.

در بسیاری از
واکنش‌های شیمیایی مرحله کند کننده فرآیند همین جداسازی است بنابراین اگر
بتوان سرعت این فرآیند را افزایش داد می‌توان سرعت کل واکنش را تسریع نمود.

نتایج این پروژه نشان می‌دهد که  حوزه پلاسمونیک –برهمکنش میان
فوتون‌ها و نانوساختارها- می‌تواند در شیمی کاتالیست به‌خصوص
فتوکاتالیست‌ها مورد استفاده قرار گیرد. محققان این پروژه امیدوارند که این
یافته‌ها به آنها کمک کند تا واکنش‌های شیمیایی را از طریق نور کنترل کنند.
با تابش لیزری با فرکانس مشخص می‌توان رزونانس پلاسمون سطحی را تنظیم کرد و
با این کار الکترون‌هایی با انرژی ویژه تولید نمود تا به مولکول‌هایی از
پیش تعیین شده در سطح نانوذرات جذب شود.

نوردلاندر از محققان این پروژه
می‌گوید اولین کاربرد این یافته در بهبود کارایی کاتالیست‌های فلزی است.
گروه تحقیقاتی ما درصدد تولید نوعی کاتالیست است که بتواند با نور خورشید
کار کند.